无线传感器网络节点的非视距定位方案研究

在无线传感器网络定位中,节点精确定位面临的一个主要问题是信号的非视距传播,非视距误差是节点定位误差的主要来源。在分析非视距误差抑制技术的基础上,提出了一种新的残差加权定位算法。算法通过逐步减少距离测量值个数的组合方式,在每一步选取残差最小的组合,再用加权平均的方法,并利用改进的最小二乘法计算节点临时坐标。仿真结果表明,算法具有较高的定位精度,在不同的非视距误差下表现稳定。     

NLOS环境中的拉格朗日乘子改进约束最小二乘定位算法

无线通信中的非视距误差是影响传统定位算法精度的主要因素.因此本文针对存在锚节点与移动节点的无线传感网络,提出了一种利用拉格朗日乘子法改进的约束最小二乘定位算法.算法核心思路在于运用拉格朗日乘子法修正约束最小二乘代价函数来构建新的目标函数,同时也提出一种分组定位组合的思想以进一步提高定位性能.仿真结果表明在非视距误差较大或网络中固定节点较多时,提出的算法可以有效消除非视距误差引起的定位精度损失,同时本文算法还具有随节点数目增加而提升优势的特性.     

一种非视距环境下具有鲁棒特性TOA无线传感网络定位算法

针对无线传感网络定位中影响定位精度的非视距传播问题,在综合考虑传感网络应用环境,节点的能量消耗,算法的计算量和通信量以及定位精度等因素的基础上,提出一种基于信号到达时间的优选残差加权定位算法.该算法通过用对残差优选获得距离测量集合的优选子集,再加权平均的方法,有效的融合了多个距离测量值的信息.在距离测量值个数大于4时,该算法比残差加权方法节省了计算量.仿真结果表明,该算法对非视距误差具有一定的鲁棒性,获得了较高的定位精度.     

椭球约束下减小三维定位中的非视距误差

采用精度较高的TOA测距方法对位于三维表面的节点进行定位时,非视距传播现象会造成测距值出现较大的正向误差。针对非视距误差提出一种判别算法,对参与定位的锚节点进行筛选,剔除掉非视距误差较大的锚节点,再用残差加权算法进行最终的位置估计。与最小二乘法和残差加权法相比,能够有效地减小非视距误差的影响,具有更高的定位精度。     

目标定位中的非视距传播研究综述

由于障碍物的存在,矿井等定位场景中普遍存在非视距传播现象,引起定位信号的折射、反射、衍射和散射,导致测距误差增大,进而影响目标定位精度。分析了非视距传播对TOA(Time of Arrival,到达时间)、TDOA(Time Difference of Arrival,到达时间差)、AOA(Angle of Arrival,到达角度)、RSSI(Received Signal Strength Indication,接收强度指示)等定位方法的影响,并从非视距传播的识别、非视距传播误差的抑制、非视距传播的利用及非视距场景下的定位方法设计4个方面对现有文献进行综述。对于非视距传播的识别,重点探讨了残差检验法、误差统计法、能量检测法、神经网络算法和几何关系法;对于非视距传播误差的抑制,主要分析了基于滤波的方法、基于半参数的方法、基于能量检测的方法及基于数据库的方法;对于非视距传播的利用,重点综述了提高定位系统鲁棒性及基于误差学习和匹配的方法;对于非视距场景下的目标定位方法设计,分为视距与非视距混合场景及纯非视距场景2种情况进行综述。探讨了目标定位中非视距传播研究的新方向:通过多种定位技术的融合提高目标定位精度;借助新兴技术提高非视距场景下的目标定位精度;通过与其他信息系统的交互引入额外信息,实现跨系统协同定位。     

改进的无线传感器网络节点定位算法

为了减小无线传感器网络(WSN)节点定位中非视距传播误差产生的影响,提高节点定位精度,提出一种基于残差加权的牛顿迭代定位算法。先利用残差加权算法定位,得到未知节点的初步位置,再将该节点位置作为牛顿迭代定位算法的初始值进行迭代计算,最终得到更为精确的节点位置。仿真实验结果表明,该算法能有效地抑制非视距传播误差的影响,提高传感器网络节点定位的精度,且性能稳定。     

运用海伦公式的最优化非视距抑制定位算法

无线网络中非视距误差对于三边定位算法精度的影响较大。因此本文针对存在固定节点与移动节点的无线传感网络系统,提出了一种基于面积残差最小化的最优化定位算法,算法中非视距误差影响下的定位问题被建模为二次规划问题,其核心在于运用海伦公式构建面积残差和优化目标函数。仿真结果在非视距误差较大或网络中固定节点较多时,本文提出的算法可以有效消除非视距误差引起的定位精度损失,同时本文算法还具有对节点数目要求小的优势。     

基于粒子群优化的无线传感器网络非视距节点定位算法

针对室内环境中传感器节点间的非视距传播会降低定位精度的情况,研究基于无线传感器网络的非视距节点定位方法。根据不同环境下信标节点的测量模型和视距传播概率建立目标函数,采用粒子群优化算法估计出未知节点的位置,将利用最小二乘法计算出的节点位置作为粒子的初始位置。仿真结果表明,通过与最小二乘法、残差加权和RANSAC算法相比较,所提出算法能够较好地削弱非视距误差,且具有更高的定位精度。     

非视距环境下室内RFID标签定位算法研究

在室内无线定位中,由于受到非视距NLOS的影响,信号的传播变得复杂起来。复杂的传播环境使得传统的定位算法例如最小二乘算法(LS)或者CHAN算法无法达到我们需要的精度。在使用无源超高频无线射频识别(Passive UHF RFID)技术的基础上,分析和建立了UHF RFID信道模型,并由此对定位误差进行了分析。基于运用相位法POA进行测距而得到的距离信息,提出了一种两步式标签定位算法:首先使用凸优化中的内点法将非视距误差消除,再使用加权残差方法进行精确定位。通过仿真结果的比较,表明本文提出的算法优于传统算法。     

基于BP神经网络的实时动态参数定位方法

为减小测距技术中的非视距误差并解决定位模型中存在的问题,提出一种实时动态参数定位方法。基于人工神经网络算法,利用多个参考节点获取的测量值的非视距（NLOS）误差,使测量值 RSSI接近视距（LOS）环境下的测量值;通过该区域内选定的参考节点之间的相互通信实时动态地估算出环境参数值。实验结果表明,该算法缩减了在RSSI测距技术中的非视距误差,并能根据实际环境条件实时动态地调整定位模型的参数,有效提高定位精度。     

NLOS环境下无线传感器网络TOA定位算法

针对现有定位算法定位精度低、适用场景少的问题,提出一种非视距传播（NLOS）环境下的无线传感器网络电波到达时间（TOA）定位算法。对未知节点位置进行初步估计,将该估计值作为初始迭代参考点,利用泰勒级数展开法进行迭代计算,得到未知节点位置的二次估计值。使用二次估计值反推得到未知节点与各传感器锚节点的近似距离,将原始TOA测量距离与该近似距离之差作为非视距传播误差值,从而剔除NLOS误差较大的TOA测量组,利用误差修正后的TOA测量组再次进行泰勒级数迭代处理,实现未知节点的精确定位。仿真结果表明,该算法可有效抑制NLOS误差,相比传统定位算法,其定位误差小、定位精度高。     

基于DBSCAN的无线传感网定位方法

在NLOS传播环境下,为了获得更好的定位性能,由多个已知传感器节点测量来自未知节点的电波到达时间TOA,对TOA测量数据进行分组处理和加权最小二乘估计进而获得未知节点的初步定位结果,依据多次测量和估计并采用DBSCAN进行聚类处理从而剔除坏点获得较小的定位误差,实现了对未知节点的精确定位,最后进行实验仿真。计算机仿真结果表明所提出的定位方法能有效地抑制NLOS误差,具有较小的定位误差,鲁棒性较强,并较其他传统定位法进一步提高了定位精度。     

基于RBF神经网络的泰勒级数展开定位算法

泰勒序列展开定位算法在视距（LOS）环境下有着较好的定位精度,但是在非视距（NLOS）环境下,泰勒序列展开定位算法的定位精度大大下降。为了减小NLOS传播的影响,提出了基于RBF神经网络的泰勒序列展开定位算法。利用神经网络较快的学习特性和逼近任意非线性映射的能力,对NLOS传播的误差进行修正,再利用泰勒序列展开定位算法进行定位。仿真结果表明,该算法减小了NLOS传播的影响,在NLOS环境下有较高的定位精度,性能优于泰勒序列展开定位算法、Chan算法和LS算法。     

基于圆盘散射模型的无线传感网定位方法研究

在非视距传播（NLOS）环境下,基于圆盘散射模型来构造和引入NLOS误差符合实际的多径通信场景。利用已知锚传感器节点测量得到的电波到达时间和电波到达角等信息对未知节点位置进行定位估计。将圆盘散射模型细化为两种建模,即以未知节点为中心的散射体圆盘模型和以锚节点为中心的散射体圆盘模型,对各模型有针对性的提出定位思路和方法。进行计算机仿真,实验结果表明所提出的定位方法较传统的多种定位法具有更小的定位误差,定位精度较高。同时所提出的定位法不受圆盘散射半径的增大对定位误差的恶化影响,鲁棒性较好,适用面广。     

距离几何TOA无线定位算法

在无线定位中,精确定位面临的一个主要问题是信号的非视距传播（NLOS）,NLOS的传播会给距离测量值增加较大的正性误差。在TOA测量距离的基础上,提出了距离几何定位算法。算法利用基站与移动台之间的距离几何关系,构造距离误差优化约束函数,对距离测量值进行合理的修正来提高定位精度。仿真结果表明,该算法能够有效地减小NLOS误差的影响,而且在不同的NLOS误差下表现稳定。     

基于遗传算法的无线传感网精确定位方法

基于以未知节点为中心的散射体圆盘模型,通过测量电波到达时间和电波达到角信息,对未知节点及其周围的散射体进行初步估计,然后通过反算得出估计的距离值,选取含较小NLOS误差的TOA测量值组,进行数值修正处理,并建立以未知节点为变量的似然函数,最后利用遗传算法对此非线性似然函数寻优求解得到未知节点坐标。计算机仿真结果表明,所提定位方法能有效地抑制NLOS误差,较传统定位方法提高了定位精度,且鲁棒性较好。     

一种用于LTE终端的粒子群加权重构定位算法

为解决LTE终端在NLOS环境下定位精度较低的问题,通过加权重构定位矩阵并引入残差,将其转化为权值寻优的问题,再利用改进型粒子群算法进行权值寻优,以消除NLOS噪声带来的误差。该方案由于采用了线性改变惯性权重的方式,能有效提升寻优的效率;同时,通过逐代保存重构权值可逐步消除NLOS误差,进而提升定位的精度。仿真结果表明,相对于chan算法和改进型taylor算法,该算法能快速逼近最优解,在不同NLOS环境下定位误差减少量超过13%。     

基于节点剩余功率的多中继选择算法

提出一种基于节点剩余功率的多中继放大转发协同节点选择算法,根据节点信道状态信息(CSI)和剩余能量信息对网络生存时间进行优化,使用加权函数和信道容量增益门限进行多协同节点选择。仿真结果表明,对于动态和固定功率分配,该算法选择三四个中继可使协同通信系统性能达到最优;相对基于CSI的单中继选择算法,当中继数为4时,其在动态功率分配时的网络生存时间最高可延长82%。